Python魔法方法之_init_、_del_与_new_

今天的这篇文章来自蜗牛学院重庆校区陈南老师。

蜗牛学院资深导师，计算机本科学历，10年开发测试及管理经验。曾供职于某大型研究所与韩国互联网龙头企业Naver，并担任项目主要负责人。深厚的技术功底，具备安全邮件、存储产品、电商系统、开源数据库等多个大型项目的开发与测试经验。在Linux、C/Java/Python、数据库、自动化测试、性能测试、安全性测试与系统架构等方面均具有丰富的理论体系和实践经验。授课中注重培养学生解决问题的思维及技术的扩展。

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在Python语言中，有些方法名比较特别，在名称的前后各有两个下划线，这样的方法往往具有特殊的意义，我们统称为魔法方法。需要注意的是，我们在创建自定义方法时要避免这样的格式，防止造成不必要的冲突和误解。
在正式了解魔鬼方法前，有必要给大家回顾下Python中函数和方法的区别。
(1)函数：类外部定义的，跟类没有直接关系的，如：def func(*argv)。(2)方法：class内部定义的函数（对象的方法也可以认为是属性），分为两种：

• 第一种人为自定义的方法，和普通函数没有区别，只是定义在了class中而已；

• 第二种是Python自动产生的（魔法方法），一般形式为：__func__，Python会在对应的时机自动调用该函数，下面我们要学习的方法均为这一种。

1.__init__(self, *args, **kwargs)
最常用的魔法方法，在创建完对象后调用，对当前对象的一些实例初始化，无返回值，我们称之为构造方法，和C++中的构造方法类似。先看下面一个例子，在Demo类中定义了__init__方法和一个普通方法func，然后在类定义外进行实例化。

class Demo:
    def __init__(self):
        print('调用__init__方法')
    def func(self):
        print('这是一个普通的方法')
d = Demo()

由于只对Demo进行了实例化，并没有主动调用任何方法，在我们的设想中，不会输出任何语句，但实际运行结果如下。

调用__init__方法

这个例子印证了上述：__init__方法在创建对象后被自动调用。
下面通过另外一个例子让大家理解构造方法的重要作用：对实例初始化。同样的，类中定义了__init__和func两个方法，但这次我们看到在__init__方法中添加了两个参数n和a，并将这两个值赋给成员属性self.name和self.age，在func方法中则使用了这两个成员属性。
在类外，对Demo实例化对象d1，并且传入实参‘小明’和23，细心的话可以发现，实例化Demo时和__init__方法的恰好都是两个参数。可以理解为，实例化操作Demo('小明',23)就是在调用__init__，这里的‘小明’和23也就传递给了形参n和a。d2对象同理。

class Demo:
    def __init__(self, n, a):
        self.name = n
        self.age = a
    def func(self):
        print('我的名字是 %s, 我的年龄是 %d'%(self.name, self.age))
d1 = Demo('小明',23)
d1.func()
d2 = Demo('小红',21)
d2.func()

一系列的传递后，d1和d2对象分别代表的小明和小红，那么我们也可以继续创建对象d3、d4、d5等，继续代表其他的人，只要我们实例化时传入的值不同，最后调用func方法时就会呈现不同人的信息，而这都是通过__init__方法参数达到的，进而实现了初始化成员属性的目的。运行结果如下所示。

我的名字是 小明, 我的年龄是 23我的名字是 小红, 我的年龄是 21

2.__del__(self)
同__init__方法相反，__del__在对象销毁时被调用，往往用于清除数据或还原环境等操作，比如在类中的其他普通方法中实现了插入数据库的语句，当对象被销毁时我们需要将数据还原，那么这时可以在__del__方法中实现还原数据库数据的功能。__del__被成为析构方法，同样和C++中的析构方法类似。
下面一个例子的执行顺序可以让大家加深对其的理解。

class Demo:
    def __init__(self):
        print('调用__init__方法')
    def func(self):
        print('这是一个普通的方法')
    def __del__(self):
        print('调用__del__方法')
d = Demo()
d.func()

当d.func()执行后，对象d没有在任何一个地方被继续引用，这时Python的垃圾回收机制会主动回收这个对象，即销毁d，此时自动调用__del__方法，运行结果如下。

调用__init__方法这是一个普通的方法调用__del__方法

 3.__new__(cls, *args, **kwargs)
在过去很长的一段时间，笔者也忽略了这个方法。我们往往认为__init__是实例化时调用的第一个方法（注意前面讲解__init__方法时讲的是实例化后调用的第一个方法，一字之差），但其实实例化时调用的第一个方法是__new__方法。
官方定义如下，可以看到__new__被定义成静态方法，第一个必须传入的参数是cls，代表需要实例化的类。

@staticmethod    # known case of __new__
def __new__(cls, *more): # known special case of object.__new__
    """ Create and return a new object.  See help(type) for accurate signature. """
    pass

 下面从几个方面对__new__方法作进一步的讲解。
3.1 与__init__的关系
在一个类中，__init__和__new__同时存在时，会首先调用__new__方法，代码如下。

class Demo:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('调用__new__方法')
    def __init__(self):
        print('调用__init__方法')# d = Demo()
d = Demo()

运行结果如下。

调用__new__方法

确实首先调用了__new__方法，但奇怪的是并没有调用__init__方法，这是为什么呢？实际上，__new__是负责对当前类进行实例化，并将实例返回，并传给__init__方法，__init__方法中的self就是指代__new__传过来的对象，所以再次强调，__init__是实例化后调用的第一个方法。

class Demo:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('调用__new__方法')
        return object.__new__(cls)
    def __init__(self):
        print('调用__init__方法')
d = Demo()

上面的代码中，在__new__方法中添加了一条return语句，返回object的__new__方法，由于我们自定义的Demo类的父类都是object类，实际上这里是为了返回了父类object生成的对象，然后将此对象传递给__init__的self。因此只有__new__方法正确return了当前类cls的实例，__init__方法才会被调用。特别需要说明的是，__new__方法中一定是返回父类的__new__方法来创建对象，如果返回当前对象会造成死循环，大家可以自行尝试一下。

调用__new__方法调用__init__方法

从运行结果可见，依次调用了__new__和__init__方法。当然大多数情况下，我们不用去重写__new__，保持默认即可。 3.2 继承不可变类
说了这么多，__new__方法有什么作用呢？当继承一些不可变的class时(比如int, str, tuple)，__new__方法提供了自定义这些类的实例化过程的途径。比如我们自定义类NewInt要继承int类，并且让传入的任何数最后都被转换成正整数，代码如下。

class NewInt(int):
    def __new__(cls, value):
        print('调用__new__方法')
        return int.__new__(cls, abs(value))
a = NewInt(-4.822)
print(a)

自定义类NewInt继承于类int，但由于类int为不可变的，那么我们可以通过重写__new__方法，在对父类int实例化时作出需要的更改，即传入的value最终都处理为正整数，并返回NewInt对象，运行结果如下。

调用__new__方法4

 3.3 实现单例模式
单例模式是一个经典设计模式，简要的说，一个类只能被实例化一次，实例对象在第一次实例化时就已经固定，从第二次以后其实一直都是用的第一次实例化的对象，相当于全局。我们先来看非单例模式的情况。

class Demo:
    def __init__(self, name):
        print('我是 %s'%(name))
d1 = Demo('小明')
d2 = Demo('小红')
print(d1)
print(d2)

Demo类正常设计了__init__方法，没有做其他特殊的处理，然后通过Demo类实例化了两个对象分别是d1和d2，最后输出两个对象，即他们的内存地址，结果如下。

我是 小明我是 小红<__main__.Demo object at 0x00000000021FC550><__main__.Demo object at 0x00000000021FC710>

可以看到d1和d2占用的是不同的内存地址，说明这里的Demo类被实例化了2次，生成了不同的对象，就好比现实生活中的‘小明’和‘小红’，分别是两个不同的个体。 接下来我们重写Demo类中的__new__方法，对上述代码进行一些改变。首先设置了一个私有的类属性，并赋值False，表示Demo类没有被实例化过，当每一次Demo类被实例化时，会优先调用__new__方法，此时__new__方法里会先检查__isinstance的值，如果他没被实例化，则调用父类object的__new__方法进行实例化,并将实例化后的对象赋给私有类属性__isinstance，如果被实例化过，则不用处理，最后返回__isinstance。这样就能保证Demo类只被实例化一次，即实现单例模式。

class Demo:
    __isinstance = False
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls.__isinstance:  # 如果被实例化了
            cls.__isinstance = object.__new__(cls)  # 否则实例化
        return cls.__isinstance  # 返回实例化的对象
    def __init__(self, name):        print('我是 %s'%(name))
d1 = Demo('小明')
d2 = Demo('小红')
print(d1)
print(d2)

运行结果如下,无论表面上使用Demo实例化多少次，其实都是同一个对象，内存地址也是一样的。

我是 小明我是 小红<__main__.Demo object at 0x00000000023FC710><__main__.Demo object at 0x00000000023FC710>

 至此，本文对Python中最常见的三个魔法方法作了基本的介绍，他们有各自的执行时机，也具备不同的作用。读者可以在本文的基础上多尝试更多更丰富的例子，从多个角度来加深对魔法方法的理解。

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